Le nouvel article est le résultat d’analyses informatiques herculéennes, impliquant des chercheurs en Allemagne, en Espagne et au Royaume-Uni, pour mieux comprendre le rôle que jouent les rétrovirus anciens dans le développement embryonnaire précoce – comment ils nuisent et comment ils aident. Il est né du travail que Singh avait effectué en tant que doctorant au Max Delbrück Center de Berlin, lorsqu’il a rassemblé des ensembles de données de 11 études pour retracer minutieusement les cellules souches embryonnaires individuelles de la fécondation à l’implantation.
Il a effectué une analyse qui a regroupé les cellules en fonction de la similitude de leur expression génique. La plupart ont été regroupés en fonction de marqueurs génétiques qui déterminent leur sort au sein de l’embryon en croissance – par exemple, s’ils feront partie de l’ectoderme, le précurseur des cellules de la peau et du cerveau, ou de l’endoderme, qui évolue vers les tissus respiratoires et digestifs.
Mais un cluster ne semblait marqué pour aucun avenir. Au lieu de cela, les cellules avaient les signatures des dommages à l’ADN et des précurseurs de l’apoptose, un mécanisme contrôlé que le corps utilise pour éliminer les cellules stressées ou endommagées. Ce dommage, soupçonnait Singh, était la carte de visite de LINE-1. L’équipe de Singh a surnommé ces cellules endommagées « REjects », un clin d’œil à leur cause de décès : RE pour « rétroéléments » comme LINE-1, « rejetés » de l’embryon en croissance.
Au cinquième jour de l’embryon après la fécondation, l’équipe de Singh a découvert que les rejets autodestructeurs existent toujours aux côtés des cellules saines qu’ils se sacrifieront pour protéger. Mais les cellules survivantes expriment quelque chose que les REjects n’expriment pas : HERVH. Bien qu’il s’agisse d’un autre ancien envahisseur, HERVH supprime en fait LINE-1, protégeant les cellules pluripotentes des dommages et garantissant qu’elles peuvent continuer à se diviser. “C’est une sorte de relation amoureuse”, dit Singh. “Ces rétrovirus avaient envahi pour tuer le système, et maintenant ils travaillent pour protéger le système contre d’autres rétrovirus.”
L’embryon de cinq jours est entouré d’une couche externe de cellules qui deviendra bientôt le placenta. LINE-1 est également actif dans ces cellules, mais contrairement aux rejets, ils ne meurent pas. Singh soupçonne que parce que le placenta ne reste que neuf mois, plutôt que toute une vie, ses cellules ne durent pas assez longtemps pour que les dommages à l’ADN soient importants.
Ces découvertes sont « remarquables », dit Ware. Mais tirer des conclusions solides sur le développement embryonnaire dans l’utérus sur la base d’une étude en laboratoire est délicat. Alors que l’expression de LINE-1 et de HERVH semblait s’exclure mutuellement – les rejets exprimaient LINE-1 et non HERVH, et vice versa pour les cellules survivantes – ces chercheurs n’avaient aucun moyen de trouver des preuves directes que HERVH contrôle LINE-1, explique Cédric Feschotte, spécialiste en biologie moléculaire et professeur de génétique à l’Université Cornell qui n’a pas participé à cette étude. Ware ajoute qu’on ne sait pas non plus si les rejets sont simplement des ordures ou s’ils jouent un rôle fonctionnel, bien que bref, dans l’embryon en développement.
La recherche sur les cellules souches embryonnaires est également difficile à faire car elle est éthiquement lourde. De nombreuses régions ne le permettent pas, et dans celles qui le permettent, les chercheurs s’appuient sur des embryons restants, congelés à environ cinq jours, donnés par les parents après avoir eu un cycle de FIV réussi. Étant donné que ces embryons sont observés en dehors du corps du parent, les chercheurs « ne peuvent pas tout à fait exclure que certains des résultats soient un artefact de la culture in vitro », explique Feschotte.
Avec l’introduction d’embryons synthétiques, des boules tridimensionnelles de cellules dérivées de cellules souches plutôt que de sperme et d’ovules, Feschotte pense que les scientifiques pourraient être en mesure de répondre à certaines de ces questions persistantes.
Singh dit que la capacité de sélectionner des cellules pluripotentes à partir de cellules REject au sein de l’embryon précoce sera indispensable pour les chercheurs qui étudient la médecine régénérative, qui doivent être capables de développer différents types de tissus corporels afin de créer des modèles de laboratoire de maladies. L’identification des causes potentielles de dommages aux cellules embryonnaires élargit également notre compréhension de la grossesse précoce. Peut-être qu’un jour, dit Feschotte, la surveillance des niveaux d’expression de LINE-1 dans les embryons en croissance dans les cliniques de fertilité pourrait aider à expliquer les pertes très précoces au stade de l’implantation.
Mais plus que tout, ces découvertes montrent que le génome n’est pas seulement un manuel d’instructions mais un écosystème entier. “Il y a des interactions entre proies et prédateurs”, explique Feschotte. “Toutes ces interactions biologiques vraiment compliquées, elles se produisent toutes dans le génome.”
